hornos electricos

Los Hornos Elctricos permiten el uso de la energa elctrica transformada en calor, en: El calentamiento y /o fusin de los materiales (metlicos)

Los Hornos Elctricos permiten el uso de la energa elctrica transformada en calor, en: El calentamiento y /o fusin de los materiales (metlicos)1. Alcanzan y mantienen elevadas temperaturas.

2. Permiten obtener buena calidad de los materiales procesados.

3. No generan contaminacin elevada.

4. Cuando emplean conductores metlicos, stos deben tener un alta resistencia al paso de la corriente para aprovechar el calor en el proceso.

5. Tambin se emplean conductores no metlicos como: cermicos, grafito. PRINCIPIOSLa corriente elctrica llega al horno, en forma de corriente trifsica, procedente de los transformadores con secundario estrella o tringulo.

ESTRELLA.

La potencia del conjunto es: Siendo cos f el factor de potencia que vara de 0 a 1

La Potencia para cada una de las fases es:

La energa elctrica se transforma en energa trmica segn la ley de Joule

HORNOS ELCTRICOS DE RESISTENCIAHornos industriales que se calientan por efecto Joule y ceden calor a la carga por las diversas formas de transmisin de calor.CLASIFICACIN:

Por la forma de funcionamiento: Continuos e Intermitentes. Por la disposicin de las resistencias:

De calefaccin por la parte superior, lateral o por un extremo. Por el tipo de efecto en producto:

Para producir efectos fsicos: Hornos de calentamiento, hornos de fusin.

Para producir efectos qumicos. Por el tipo de recinto:

Horno de solera.

Horno de crisol.

Horno de mufla.

Horno de Cuba. Tambin los podemos clasificar en:

Horno de fusin.

Horno de recalentamiento.

Horno de tratamiento trmico.

Hornos especiales.FACTORES PARA UNA SELECCIN CORRECTA Requerimientos y datos del usuario:

Exigencias tcnicas.

Carga a tratar

Tratamiento.

Produccin.

Exigencias de fabricacin.

Posibilidades Tecnolgicas del Constructor.

Exigencias y posibilidades econmicas del Constructor.TIPOS DE RESISTENCIASEs ms frecuente el calentamiento indirecto:

1. Metlicas.

2. No metlicas.

3. Tubos radiantes.

4. Resistencias blindadas.RESISTENCIAS METLICASLas resistencias metlicas provienen de tres grupos:

Aleaciones a base de Ni Cr-

Aleaciones Fe Cr Al (posibilidades de aadir Tierras Raras, se obtienen por fusin o pulvimetalurgia).

Otros materiales (Hornos de vaco) como: Molibdeno, Tntalo y TungstenoALEACIONES DE BASE Ni - Cr1. 80 Ni 20 Cr (Son las de mayor uso)

2. 70 Ni 30 Cr

3. 60 Ni 15 Cr 20 Fe

4. 37 Ni 18 Cr 40 Fe (denominada 40 Ni 20 Cr)

5. 30 Ni 20 Cr 45 Fe

6. 20 Ni 25 Cr 50 FeNo es conveniente con estas aleaciones operar hornos con temperaturas superiores a 1150 1175C. Con la aleacin 80 Ni 20 Cr se alcanza a 1200C Calor especfico:

Vara de 0,45 a 0,50 kJ / kg. K para las diferentes aleaciones a 20C. Su variacin es pequea.

Se toma como valor medio:1. Para aleaciones 80 Ni 20 Cr y 70 Ni 30 Cr de 0 a 1000C 0,46 kJ / kg. K

2. Para aleaciones 60 Ni 15 Cr / 40 Ni 20 Cr 0,48 kJ / kg. K

3. Para aleaciones 30 Ni 20 Cr / 20 Ni 25 Cr 0,52 kJ / kg. KConductividad trmica:

Prcticamente es igual en todas las aleaciones Ni Cr Fe a 20C, se comporta como aislante, referido al acero al carbono, aumenta al aumentar la temperatura.Temperatura0C100C200C400C600C800C1000C

Acero 0,20%C51,948,542,735,625,922,7

80 Ni -20 Cr12,213,815,618,922,6

60 Ni - 15 Cr11,611,912,212,713,1

20 Ni - 25 Cr13,814,214,2

Resistividad:

La caracterstica ms importante de una aleacin para resistencias, es, evidentemente la resistividad elctrica que vara sensiblemente con la temperatura.Es til el coeficiente de resistividad (factor multiplicador de la resistividad a 20C para obtener la resistividad a diferentes temperaturasEl conformado de las resistencias es difcil y las soldaduras prcticamente imposibles, el continuo trabajo en caliente hace crecer el grano, dando lugar a una progresiva fragilidad de las resistencias.Respecto a las propiedades de las aleaciones de Ni Cr Fe:

1. La densidad es netamente inferior.

2. La temperatura de fusin es ms elevada.

3. La temperatura de utilizacin es ms alta.

4. La conductividad trmica y el calor especfico son similares.

5. El coeficiente de dilatacin lineal es menor.

6. La resistencia a la rotura en caliente y la resistencia al creep son ms bajas, lo que exige el uso de aleaciones Ni Cr Fe cuando se requieren buenas propiedades en caliente.DISPOSICIN DE LAS RESISTENCIAS DE ALAMBRE1. Arrollado en espiral sobre tubos cermicos:

Permite una radiacin trmica bastante libre de las resistencias lo que, para la misma carga especfica, supone un menor gradiente de temperatura entre resistencias y horno..- Arrollado en espiral sobre ranuras cermicas:

La resistencia no radia libremente, debe calcularse para una menor carga especfica.- Arrollado tipo puercoespn sobre cermicos:

Especial para hornos de calentamiento por conveccin.

Mxima temperatura que alcanza 700C.-Ondulado con soporte de ganchos:

En alambres o varillas gruesas, es conveniente para conseguir una elevada potencia especfica en kW/m2.

Se emplean varillas de 5 a 8 mm de dimetro. Mximas temperaturas: 1050C para Ni-Cr-Fe y 1250C para Fe Cr - Al.- Alambre enlazado sobre tubos cermicos:

Permiten temperaturas d 1100C en resistencias de Ni Cr y 1300C en resistencias de Fe Cr - AlCLCULO DE RESISTENCIAS METLICAS1. Las resistencias instaladas en un horno se comportan como una carga elctrica puramente resistiva

2. La relacin entre la tensin V, la intensidad I, la potencia P y la resistencia elctrica a temperatura RT se deducen de la ley de OHM. Dimetro de la resistencia:

HORNOS ELCTRICOS DE ARCO

GENERALIDADES:El calentamiento de los materiales por arco elctrico se realiza bsicamente por el paso de la corriente elctrica entre dos electrodos uno de los cuales puede ser la propia carga.CAMPOS DE APLICACIN:

1. La soldadura.

2. Hornos de fusin de metales.

3. Hornos de reduccin de minerales.En los hornos de arco de fusin, se coloca la carga en la cuba y se establece el arco:

Entre los electrodos.

Entre los electrodos y la carga.TIPOS DE HORNOS DE ARCO:

PRINCIPIOS BSICOS DEL HORNO DE ARCO1. Los hornos de arco para fundir acero se basan en la transformacin de la energa elctrica en calor aplicado a la carga, lo que provoca su elevacin de temperatura.

2. La E E procede de una red ce C A en alta tensin y llega al horno propiamente dicho, a travs de un circuito elctrico que consta de:

1. Una lnea de entrada de alta tensin.

2. Un transformador principal.

3. Un circuito elctrico que termina en los electrodos.En los H E A. de CA se disponen tres electrodos encima de la carga. Adems: Resistencias, reactancias, condensadores, que determinan el circuito elctrico y los parmetros de funcionamiento:

1. La tensin e intensidad de corriente.

2. Las potencias activas a la entrada y en el arco.

3. Los factores de potencia en diversos puntos. Mxima produccin que proceder de la mayor potencia en el arco.

Mximo rendimiento, mnimas prdidas energticas respecto a la potencia consumida.

Mnimo costo de funcionamiento (E E., refractarios, electrodos, carga, mano de obra.CARACTERSTICAS CONSTRUCTIVASEl clculo de las diferentes partes debe contemplar:

1. La instalacin de un transformador potente.

2. Prdidas mnimas tanto elctricas como tcnicas.

3. Relacin lgica de las dimensiones en la zona de trabajo, que asegure la realizacin de los procesos metalrgicos durante la fusin y una mayor duracin de las paredes y la bveda.

4. Volumen de la zona de trabajo capaz de asimilar toda la carga metlica.

5. Salida de todo el metal lquido del horno al inclinarse 45EL TRANSFORMADORa. Es el elemento fundamental del equipo elctrico, soporta altas tensiones, e intensidades y esfuerzos electrodinmicos.

b. Determina la productividad del horno, duracin de la colada y el rgimen elctrico y trmico.

c. El criterio de productividad est dado por la cantidad de acero terminado por cada 1 000 kW utilizado por el transformador.

d. La potencia del transformador depende de la magnitud D (dimetro del horno) espejo de metal, que define la superficie que emite calor.

Para calcular la potencia del transformador, se toma el dimetro de la carcasa del horno, segn la frmula emprica:

Ptransformador = Potencia del transformador (kW)q = Tiempo de duracin de la colada (h)

La potencia del transformador se calcula segn la capacidad nominal del horno.

Despus de un tiempo de trabajo por desgaste del refractario aumenta su capacidad nominal hasta en un 30 a 40%Tambin se puede calcular la potencia del transformador con los parmetros elctricos del horno:Donde:

k = Coeficiente para la potencia mxima del transformador en el perodo de fusin-

E.- Energa usada para fundir la carga incluyendo las prdidas durante la reparacin y la carga, en kW.

cos f = Coeficiente de potencia del horno.LOS ELECTRODOS Es el ltimo elemento conductor de la corriente antes del arco.

Dimetros usuales desde 100 hasta 800 mm dimetro.

Longitud estndar 2 400 mm.

Se fabrican de:

Grafito (para fundicin de aceros)

De carbn amorfo (para procesos de reduccin)

De auto coccin (Sderberg) Electrodos de Grafito:

1. Principalmente para hornos de fusin.

2. Densidad variable de acuerdo al proceso de fabricacin 1550 1750 kg/m3.

3. Porosidad, de la misma manera vara entre 15 25%

4. Resistencia a la compresin: 15 35 N / mm2.

5. Conductividad trmica: Que sea elevada,

1. A 30C, 120 - 300 W / m. K

2. A 1000C, 50 W / m. K

6.- Densidad de corriente:

35 A /cm2Dimetros de 75 mm

15 A /cm2Hasta dimetros de 550 mm

25 35 A /cm2Dimetros de 500 600 mm

7.- Se renuevan en la medida de su desgaste.

Oxidacin en la superficie.

Desgasta por el arco en la punta.

Roturas por fuerzas electromagnticas.

Fallos y grietas en los extremos roscados.Es muy importante la unin entre electrodos: Influyen en el consumo:

La intensidad de la corriente elctrica.

La atmsfera oxidante en el interior del horno.

Calidad y densidad de la chatarra de acero.

Tiempo en que el electrodo est sometido a intensidad mxima

Tiempo desde una colada hasta la siguiente.ELECTRODOS DE CARBN:

Se emplean para fusin y reduccin.

No admite densidades de corriente > 8 A/ cm2.

De mayor dimetro y peso que los de grafito.

Ejercen efecto sobre el afino del metal.ELECTRODOS DE AUTOCOCCIN:

De mayor uso en los hornos de reduccin.

Se componen de una mezcla de: 40% coque; 42% antracita; 10% brea; 8% alquitrn, compactados en cilindros de chapa metlica.

Dimetros hasta de 40 cm.

DIMENSIONAMIENTO DEL H.E.ASe parte del dimetro y la altura:

1. El dimetro al nivel del bao metlico (espejo de metal) D = 5 H

2. La altura del segmento esfrico h1 = H / 5

3. La altura del segmento tronco cnico h2 = 4 H / 5

4. Teniendo en cuenta las relaciones geomtricas: d = 23 (H/5)

5. El volumen total del bao Vb = 0,0968 D3 (m3) tambin Vb = 12,1 H3.

6. El volumen del bao Vb = V metal + V escoria (m3)7.- Se sabe que 1,0 Tn de acero lquido ocupa 0,14 m3,luego el volumen del metal se calcula: V metal = 0,14 G

G = Peso del metal lquido en toneladas.

8.- La relacin de metal a escoria en un proceso bsico es 0,07 por lo que el peso de la escoria ser 0,07G. El peso de 1,0 m3 de escoria es 3,0 Tn

El volumen de la escoria es V escoria =0,07 G /3 =0,023 G

9.- La altura de la cuba o cmara de reaccin: H1 = (0,4 a 0,6)Dbao.

10.- La flecha de la bveda h3 = (1 / 7 a 1 / 9) D1.

11.- El ancho de la ventana de trabajo es 0,3 Db y la altura es 0,25 D

12.- El dimetro de los electrodos de grafito se puede calcular.

I = corriente de alimentacin

dc = densidad de corriente. H.E.A PARA REDUCCIN1. Son hornos que trabajan con el arco sumergido.

2. Son hornos de calentamiento por resistencia, la corriente se dirige al interior de la carga.

3. Algunos clculos importantes: A partir de este valor se calcula la potencia del transformador.

El rendimiento de un horno de reduccin cerrado est entre 90 a 95%.El dimetro de la cuba y de los electrodos Sderberg de un horno de reduccin trifsico:

Densidad de potencia en la seccin de penetracinPara calcular el dimetro del electrodo ms ventajoso:

pii = Potencia media en el punto de transicin entre la superficie del electrodo y la zona de fusin (180 W/cm2)

La mxima cantidad de corriente admisible para electrodos:

EMBED Equation.DSMT4





Horno de arco de fusin (Corriente alterna)

Horno de arco radiante (calentamiento indirecto)

Para fabricar:

Ferroaleaciones, Carburo de Calcio, silicio metal.

Horno de arco de reduccin (calentamiento por resistencia)

Horno de arco de fusin (corriente continua)








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